CN209542085U - 一种涡轮冷却器等效寿命试验设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种涡轮冷却器等效寿命试验设备，其包括控制器、喷嘴、真空泵、压力测量传感器、温度测量传感器以及转速测量传感器，喷嘴设置有压力调节阀，压力调节阀上设置有压力测量传感器，转速测量传感器设置在被试涡轮冷却器设置有涡轮盘的一个端部，温度测量传感器分别设置在被试涡轮冷却器两个轴承座外缘，真压泵进气口在被试涡轮冷却器设置有风扇的该端部出气口相连接，真压泵的设置用于在风扇端的内部营造低压环境。本实用新型不需要大流量气源、高温电炉及其附属的监控和测试设备，试验硬件设备投入费用大幅降低。
Description
技术领域
本实用新型属于航空装备可靠性与寿命评估领域,具体地涉及一种涡轮冷却器等效寿命试验设备。
背景技术
航空涡轮冷却器，利用空气在涡轮叶片上膨胀，空气势能通过涡轮导向器转变为动能，使传输至座舱和设备舱的温度和压力降低，是飞机空调系统的重要部件。涡轮冷却器的寿命试验，用于验证涡轮冷却器的耐久性指标要求，对产品服役期间的性能、制定合理的维修策略和提高综合保障能力，具有十分重要的意义。
涡轮冷却器寿命试验的试验时间较长，试验条件要求相对较高，以某型航空涡轮冷却器为例，按照产品规范，其寿命试验对涡轮端和风扇端的入口压力、入口流量、入口温度，以及转子转速等环境条件均给出了相应的规定。为了满足涡轮冷却器的高转速、大流量、高温和较高的气体压力的寿命试验条件，寿命试验设备需要相对较高的试验能力和相对高昂的试验费用。
现有的涡轮冷却器寿命试验方法，完全依照试验条件开展寿命试验，存在如下困难：可长时间可靠运转的大流量气源、高温电炉，以及大量的试验台附属的监控和测试设备，试验设备硬件投入费用巨大；寿命试验过程中，大流量气源和电炉消耗的电功率相对较高，寿命试验时间较长，故需要耗费电能不菲，试验费用颇大；寿命试验需要供给涡轮端和风扇端的两路热空气，所需要的大型气源、加热炉、气体传输管路和较复杂的温度、压力、流量控制系统，空间需求量大；同时，寿命试验系统的可靠性会随其复杂性的增加而显著下降，增加了试验节点把控的风险，增大了试验保障的压力。
实用新型内容
基于应力等效方法的针对薄弱环节的等效寿命试验方法，在涡轮冷却器的寿命试验过程中，可以有效地降低空气耗量及温度的相关需求，进而降低能源消耗和试验费用，简化寿命试验设备的复杂度，缩短寿命试验设备的使用空间，提高寿命试验设备的可靠性，能够很好地解决上述问题。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种涡轮冷却器等效寿命试验设备，其包括被试涡轮冷却器、控制器、压力调节阀、真空泵、压力测量传感器、温度测量传感器以及转速测量传感器，
所述被试涡轮冷却器内部设置有喷嘴、涡轮盘、风扇以及转轴，风扇和涡轮盘分别设置在所述被试涡轮冷却器的两个端部，
所述喷嘴设置有压力调节阀，所述压力调节阀上设置有压力测量传感器，
所述转速测量传感器设置在被试涡轮冷却器设置有涡轮盘的一个端部，所述温度测量传感器分别设置在被试涡轮冷却器两个轴承座外缘，
所述真空泵的进气口与被试涡轮冷却器设置有风扇的该端部出气口相连接，所述真空泵的设置用于在所述风扇端的内部营造低压环境，
所述压力测量传感器、温度测量传感器以及转速测量传感器的输出端借助于数据线连接所述控制器的输入端，所述控制器的输出端借助于数据线连接所述真空泵、压力调节阀的输入端；
控制器为单片机，压力测量传感器连接接线端子的输入端，接线端子的配置用于提供24V 电力以及获取压力测量传感器的压力模拟信号，
接线端子的输出端连接模数转换芯片的输入端，连接模数转换芯片的输出端连接所述单片机的输入端，模数转换芯片用于将压力模拟信号转换为数字信号并发送至单片机。
优选地，所述控制器内部设置有压力阈值、温度阈值以及转速阈值。
优选地，所述单片机设置有光耦隔离模块。
优选地，所述喷嘴的进气端设置有压力测量传感器。
优选地，所述喷嘴设置为多个，多个喷嘴对称设置。
优选地，所述温度检测传感器为数字温度传感器S1，数字温度传感器S1设置有金属外壳保护装置。
优选地，所述转速测量传感器为轮盘式测速传感器U5，轮盘式测速传感器U5的输出端连接单片机输入端。
与现有技术相比，本实用新型专利具有以下有益效果：
本实用新型由于有效地降低空气耗量及温度的相关需求，预计寿命试验过程中耗费的空气流量约为传统试验方法的五分之一,且不需要对空气加热，故不需要大流量气源、高温电炉及其附属的监控和测试设备，试验硬件设备投入费用大幅降低。
本实用新型的寿命试验设备消耗电功率预计约为传统试验方法的三分之一，试验费用显著降低；寿命试验仅需要供给涡轮端相对小流量空气，并对风扇端的内部空间抽真空，空间需求量大幅减小；同时，由于寿命试验设备大大简化，提高了设备的运行可靠性，降低了设备使用风险和保障需求。
附图说明
图1为本实用新型的试验设备的结构示意图；以及
图2为本实用新型的单片机的电路结构示意图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本实用新型的示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
具体地，本实用新型提供一种涡轮冷却器等效寿命试验设备，如图1所示，其包括控制器、压力调节阀、被试涡轮冷却器4、喷嘴3、真空泵7、压力测量传感器2、温度测量传感器6以及转速测量传感器5。被试涡轮冷却器4为被试试验件，其包含涡轮盘8、风扇9、转轴10等结构。图中，P1为常温气源入口，P2为通大气入口，P3为通大气出口。
喷嘴3设置有压力调节阀1，压力调节阀上设置有压力测量传感器2，涡轮盘8端面一侧设置有转速测量传感器5。
转速测量传感器5设置在被试涡轮冷却器4有涡轮盘8的一个端部，温度测量传感器6 分别设置在被试涡轮冷却器4的两个轴承座外缘。
真空泵7进气口在被试涡轮冷却器4设置有风扇9的端部出气口相连接，真空泵7的设置用于在风扇9端的内部营造低压环境。
压力测量传感器2、温度测量传感器6以及转速测量传感器5的输出端借助于数据线连接控制器的输入端，控制器的输出端借助于数据线连接真空泵7、压力调节阀1的输入端。
如图2所示，控制器为单片机，压力测量传感器2连接接线端子的输入端，接线端子的配置用于提供24V电力以及获取压力测量传感器的压力模拟信号，
接线端子的输出端连接模数转换芯片的输入端，连接模数转换芯片的输出端连接单片机的输入端，模数转换芯片用于将压力模拟信号转换为数字信号并发送至单片机。
优选地，温度检测传感器6为数字温度传感器S1，数字温度传感器S1设置有金属外壳保护装置。
优选地，转速测量传感器5为轮盘式测速传感器U5，轮盘式测速传感器U5的输出端连接单片机管脚。
具体实施例
一种基于应力等效方法的针对薄弱环节的等效寿命试验方法，具体如下：
基于故障情况、维修工艺和FMEA等数据，分析确定某型涡轮冷却器的薄弱环节为涡轮盘 8和风扇的叶轮。
依据薄弱环节的故障机理，确定以薄弱环节为重点的等效寿命试验为转子系统的旋转试验，试验对象为涡轮盘8和风扇叶轮，该型涡轮冷却器的其他部件为陪试部件。
经分析，转子系统零组件的偏心和变形主要由内部应力引起，则依据有限元分析，计算涡轮盘8、风扇9和转轴10的内部应力，对比分析常规寿命试验方法、等效寿命试验对内部应力的影响，得出该型涡轮冷却器在载荷谱规定的各状态下，涡轮盘8、风扇叶轮和转轴10 的内部应力大小和分布均一致，可通过等效寿命试验的试验结果，考核被试该型涡轮冷却器的寿命指标。
依据有限元计算分析，气动力对内部应力的影响远小于转子系统的离心力作用，温度对转子系统的影响极弱，故忽略了内部气体的压力、流量和温度等次要外界因素，确定等效寿命试验的载荷和边界条件仅为转速。
依据试验方法和边界条件，研发某型涡轮冷却器等效寿命试验设备，等效寿命试验平台在线检测转速和温度，实时记录试验条件和设备的试验状态。
涡轮端去掉涡轮蜗壳，过滤后的外界气源通过喷嘴直接驱动涡轮盘8，喷嘴3数量根据实际需要对称布置；风扇端通过风扇9入口安装压力调节阀1、风扇端的出口安装真空泵7，营造相对低压环境。
转速测量传感器5监控转子系统的转速，通过调节风扇端的压力调节阀1、真空泵7和涡轮端的入口空气压力和流量，调整转子系统运转速度。热电偶温度测量传感器6监测轴承的温度变化。
与现有技术相比，本实用新型专利具有以下有益效果：
本实用新型由于有效地降低空气耗量及温度的相关需求，预计寿命试验过程中耗费的空气流量约为传统试验方法的五分之一,且不需要对空气加热，故不需要大流量气源、高温电炉及其附属的监控和测试设备，试验硬件设备投入费用大幅降低。
本实用新型的寿命试验设备消耗电功率预计约为传统试验方法的三分之一，试验费用显著降低；寿命试验仅需要供给涡轮端相对小流量空气，并对风扇端的内部空间抽真空，空间需求量大幅减小；同时，由于寿命试验设备大大简化，提高了设备的运行可靠性，降低了设备使用风险和保障需求。
最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
Claims (7)
1.一种涡轮冷却器等效寿命试验设备，其特征在于：其包括被试涡轮冷却器、控制器、压力调节阀、真空泵、压力测量传感器、温度测量传感器以及转速测量传感器，
所述被试涡轮冷却器内部设置有喷嘴、涡轮盘、风扇以及转轴，风扇和涡轮盘分别设置在所述被试涡轮冷却器的两个端部，
所述喷嘴设置有压力调节阀，所述压力调节阀上设置有压力测量传感器，
所述转速测量传感器设置在被试涡轮冷却器设置有涡轮盘的一个端部，所述温度测量传感器分别设置在被试涡轮冷却器两个轴承座外缘，
所述真空泵的进气口与被试涡轮冷却器设置有风扇的该端部出气口相连接，所述真空泵的设置用于在所述风扇端的内部营造低压环境，
所述压力测量传感器、温度测量传感器以及转速测量传感器的输出端借助于数据线连接所述控制器的输入端，所述控制器的输出端借助于数据线连接所述真空泵、压力调节阀的输入端；
控制器为单片机，压力测量传感器连接接线端子的输入端，接线端子的配置用于提供24V电力以及获取压力测量传感器的压力模拟信号，
接线端子的输出端连接模数转换芯片的输入端，连接模数转换芯片的输出端连接所述单片机的输入端，模数转换芯片用于将压力模拟信号转换为数字信号并发送至单片机。
2.根据权利要求1所述的涡轮冷却器等效寿命试验设备，其特征在于：所述控制器内部设置有压力阈值、温度阈值以及转速阈值。
3.根据权利要求2所述的涡轮冷却器等效寿命试验设备，其特征在于：所述单片机设置有光耦隔离模块。
4.根据权利要求1所述的涡轮冷却器等效寿命试验设备，其特征在于：所述喷嘴的进气端设置有压力测量传感器。
5.根据权利要求1所述的涡轮冷却器等效寿命试验设备，其特征在于：所述喷嘴设置为多个，多个喷嘴对称设置。
6.根据权利要求1所述的涡轮冷却器等效寿命试验设备，其特征在于：所述温度测量传感器为数字温度传感器S1，数字温度传感器S1设置有金属外壳保护装置。
7.根据权利要求1所述的涡轮冷却器等效寿命试验设备，其特征在于：所述转速测量传感器为轮盘式测速传感器U5，轮盘式测速传感器U5的输出端连接单片机的输入端。
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| CN201920461061.6U CN209542085U (zh) | 2019-04-08 | 2019-04-08 | 一种涡轮冷却器等效寿命试验设备 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111964930A (zh) * | 2020-07-27 | 2020-11-20 | 芜湖天航装备技术有限公司 | 一种用于涡轮冷却器的试验方法 |
| CN115560540A (zh) * | 2022-11-15 | 2023-01-03 | 中国航空工业集团公司金城南京机电液压工程研究中心 | 一种集成化智能涡轮冷却器及其控制方法 |
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2019
- 2019-04-08 CN CN201920461061.6U patent/CN209542085U/zh active Active
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